KR102453498B1 - A method of etching at least one of a mixed metal and dielectric layer of a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 및 유전체와 같은 이종 물질의 다수의 층으로 이루어진 반도체 디바이스의 평면 및 단면 에칭을 수행하기 위한 방법이다. 방법은 나노프로빙, 회로 편집 및 고장 분석을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 다양한 적용을 수행하도록, 해당하는 단일의 층을 노출시키거나 또는 수개의 층을 횡단하는 것을 목적으로 다수의 층의 제거를 발생시킨다. 방법은 에칭제의 존재 시 반도체 디바이스의 규정된 영역을 향하여 이온 빔을 지향시켜서, 혼합된 금속 및 유전체층의 적어도 일부를 제거하고 그리고 적어도 하나의 실질적으로 평활한 그리고 평면의 표면이 밀링 영역에 있는 오목부를 생성하는 단계를 포함한다. 사용된 에칭제는 최적화된 비의 산화 원소 및 환원 원소를 포함하여 산화 원소의 양은 환원 원소의 양보다 1 원소 더 많다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a method for performing planar and cross-sectional etching of semiconductor devices made of multiple layers of dissimilar materials such as metals and dielectrics. The method results in the removal of multiple layers for the purpose of exposing a single layer of interest or crossing several layers to perform a variety of applications including, but not limited to, nanoprobing, circuit editing, and failure analysis. make it The method directs an ion beam towards a defined area of a semiconductor device in the presence of an etchant to remove at least a portion of the mixed metal and dielectric layer and at least one substantially smooth and planar surface of the concave in the milling area. generating wealth. The etchant used contains an optimized ratio of an oxidizing element and a reducing element so that the amount of the oxidizing element is one element greater than the amount of the reducing element.
Description
본 발명은 이온 빔 조사에 의한 이종 물질의 기체-보조된 에칭을 위한 방법에 관한 것이고 그리고 예를 들어, 반도체 디바이스에 평활한 그리고 평면의 표면을 생성하기 위한 금속 및 유전체 물질의 균일한 제거에 적용 가능하다.The present invention relates to a method for gas-assisted etching of dissimilar materials by ion beam irradiation and applies, for example, to the uniform removal of metal and dielectric materials to create smooth and planar surfaces in semiconductor devices. It is possible.
에칭은 반도체 디바이스로부터 물질의 제거를 위해 사용되는 반도체 산업에서 잘 알려진 기법이다. 제거의 목적은 해당 영역의 접근성을 확장하는 것이다. 에칭 과정은 두가지 모드를 가질 수도 있다. 제1 모드는 소위 평면 에칭이거나 또는 역공정은 반도체 디바이스의 다이에 대한 박층의 층 단위(layer-by-layer) 제거를 포함한다. 제2 모드는 단면 에칭으로 불리고 그리고 더 많은 층의 단면이 관찰될 수도 있는 반도체 디바이스의 오목부(recess)를 생성한다. 에칭은 반도체 산업에서 그리고 또한 연구소 및 대학의 물질 분석 군에 의해 흔히 채용된 기법이다. 상업적 에칭은 반응성 이온 에칭, 습식 화학적 에칭에 의해 수행될 수도 있거나 또는 기계적 에칭은 폴리싱 또는 커팅을 포함한다. 이 중에서, 기계적 에칭은 혼합되거나 또는 혼합되지 않은 금속과 유전체의 대면적 제거를 위해 사용되는 가장 흔한 기술이다. 기계적 에칭 방식은 슬러리의 예상 형성물이 디바이스의 층 사이에 놓이고 그래서 첨가제 세정 절차를 필요로 하여, 매우 신경이 많이 쓰인다. 기계적 에칭으로 획득되는 표면은 일반적으로 작은 구조체 국부화의 면에서 불량한 신뢰도 그리고 표면에 분명한 경사도를 가진 비-평면의 표면이다. 반도체 디바이스가 이 부작용에 대해 더 민감하게 성장하는 특성은 정밀한 결함 국부화, 나노프로빙(nanoprobing), C-AFM 측정, 회로 편집(circuit edit) 또는 임의의 다른 전기적 테스트에 실패할 가능성을 키운다.Etching is a well-known technique in the semiconductor industry used for the removal of material from semiconductor devices. The purpose of the removal is to expand the accessibility of the area. The etching process may have two modes. The first mode is so-called planar etching or the reverse process involves thin layer-by-layer removal of a die of a semiconductor device. The second mode is called cross-sectional etching and creates a recess in the semiconductor device in which more layers of cross-section may be observed. Etching is a technique commonly employed in the semiconductor industry and also by the material analysis arm of laboratories and universities. Commercial etching may be performed by reactive ion etching, wet chemical etching or mechanical etching includes polishing or cutting. Of these, mechanical etching is the most common technique used for large-area removal of mixed or unmixed metals and dielectrics. Mechanical etching methods are very nerve-wracking, as the expected formation of a slurry is placed between the layers of the device and thus requires an additive cleaning procedure. Surfaces obtained by mechanical etching are generally non-planar surfaces with a clear slope to the surface and poor reliability in terms of localization of small structures. The growing sensitivity of semiconductor devices to this side effect increases the likelihood of failing precise defect localization, nanoprobing, C-AFM measurements, circuit edit, or any other electrical test.
기계적 에칭은 국부화 방식으로 에칭을 수행할 수도 있는 집속된 이온 빔 디바이스 또는 넓은 이온 빔 디바이스와 같은 훨씬 더 정밀한 선진 기구로 대체될 수도 있다. 인근 영역은 거의 영향을 받지 않거나 또는 효과는 오직 수 마이크로미터의 범위 내이다. 이온 빔 디바이스는 샘플로부터 원자를 스퍼터링하도록 선택된 영역을 큰 정확도로 목표로 하는 이온의 스트림을 생성한다. 이온 빔(Ion Beam: IB)은 미리 결정된 영역 위에서 스캐닝할 때 샘플을 상이한 방식으로, 인입 이온의 에너지에 따라 변경한다. 이온 빔 디바이스는 보통 질량 그리고 결과적으로 목표 표면과의 상호작용에 의해 구별되는, He 내지 Xe의 다양한 이온을 채용한다.Mechanical etching may be replaced with much more sophisticated advanced instruments such as focused ion beam devices or wide ion beam devices that may perform etching in a localized manner. Nearby areas are hardly affected or the effect is only in the range of a few micrometers. The ion beam device produces a stream of ions that are targeted with great accuracy to a selected area to sputter atoms from the sample. An Ion Beam (IB) changes the sample in different ways as it scans over a predetermined area, depending on the energy of the incoming ions. Ion beam devices usually employ various ions of He to Xe, distinguished by their mass and consequently their interaction with the target surface.
물질 제거 과정은 과정이 FIB-SEM 시스템 내 상이한 검출기를 사용하여 스퍼터링된 이온으로부터 신호를 수집함으로써 온라인에서 쉽게 모니터링될 수 있는 바와 같이 제어된다. FIB-SEM 시스템의 응용 기반을 더 넓히는 것, 기체 보조된 에칭(gas assisted etching: GAE) 기법이 지금 넓게 채용되고 있다.The material removal process is controlled as the process can be easily monitored online by collecting signals from sputtered ions using different detectors in the FIB-SEM system. To further broaden the application base of FIB-SEM systems, gas assisted etching (GAE) techniques are now widely adopted.
3차원으로 스택된 반도체 디바이스 내 유전체 물질을 통해 이어지는 전도성 금속선의 "미로(maze)" 같은 기하학적 구조는 FIB가 사용될 때만 평면 에칭 및 단면 에칭을 더 어렵게 만든다. 샘플 표면과의 FIB 상호작용은 목표가 된 표면의 조성 및/또는 결정도에 따라 상이하다. 이것은 FIB 조건의 동일한 세트를 사용하는 모든 물질에 대한 스퍼터링 속도의 사전-결정을 발생시킨다. 이 상호작용은 반응 분자가 작업 영역 내 기체 주입 시스템(gas injection system: GIS)을 사용하여 기체 또는 증기의 형성물에 에칭제로서 도입될 때 변경될 수 있다. 이 방법의 기본 원리는 목적하는 물질의 적합한 화학적 형성물을 함유하는 기체를 샘플 챔버 내로 도입하는 것이다. 2개 이상의 이종 물질의 에칭 동안 이 유리한 화학적 기체 작용제를 챔버 내로 주입할 때 동일한 속도의 스퍼터링을 가능하게 할 수 있어서 평활한 평면의 표면을 발생시킨다.The "maze" geometry of conductive metal lines running through dielectric material in three-dimensionally stacked semiconductor devices makes planar and single-sided etching more difficult only when FIBs are used. The FIB interaction with the sample surface depends on the composition and/or crystallinity of the targeted surface. This results in a pre-determination of the sputtering rate for all materials using the same set of FIB conditions. This interaction can be altered when reactive molecules are introduced as an etchant into a gas or vapor formation using a gas injection system (GIS) in the work area. The basic principle of this method is to introduce a gas containing a suitable chemical formation of the desired material into the sample chamber. The injection of this advantageous chemical gas agent into the chamber during the etching of two or more dissimilar materials can enable sputtering at the same rate, resulting in a smooth, planar surface.
2개의 주요 반응은 일반적으로 샘플 표면 근처에 기체를 도입할 때 관찰될 수도 있다: 에칭을 통한 표면 변경 및 물질 증착. 기체 보조된 에칭은 이온 빔이 목표 표면 상의 전구체 물질의 증착을 가능하게 하는 것하에서 기체 또는 기체 작용제의 존재에 기인하여 특정한 물질의 에칭 거동을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 반응성 기체를 빔의 영향하에서 에칭제로서 사용하는 것은 국부화된 화학 반응에 기인하여 일부 물질의 에칭률을 증가 또는 감소시키는 것을 도울 수 있다. 한편으로는, 휘발성 종이 형성될 때, 스퍼터링 속도가 증가되고 그리고 더 적은 물질 재증착이 관찰된다. 다른 한편으로는, 더 두꺼운 층이 또한 표면 상의 기체 분자의 증착에 의해 생성될 수 있고 그리고 스퍼터링 속도의 동시 감소가 관찰된다. 스퍼터링 속도의 이러한 다양한 적용이 반도체 디바이스의 선택적인 에칭 또는 평면 에칭을 수행하도록 이용된다. 반응성 에칭제를 사용하여, 이온 빔에 기인한 이온 빔 에칭이 향상될 수 있거나 또는 국부적 화학 반응에 기인하여 감소될 수 있다.Two major reactions can also be observed when introducing gases in the vicinity of the sample surface in general: surface modification through etching and material deposition. Gas assisted etching can be used to alter the etching behavior of a particular material due to the presence of a gas or gaseous agent under which an ion beam enables deposition of a precursor material on a target surface. Using a reactive gas as an etchant under the influence of a beam can help increase or decrease the etch rate of some materials due to localized chemical reactions. On the one hand, when volatile species are formed, the sputtering rate is increased and less material redeposition is observed. On the other hand, a thicker layer can also be created by deposition of gas molecules on the surface and a simultaneous decrease in the sputtering rate is observed. These various applications of sputtering rates are used to perform selective or planar etching of semiconductor devices. By using a reactive etchant, ion beam etching due to the ion beam may be enhanced or reduced due to local chemical reactions.
제US6900137호는 FIB의 드웰 타임(dwell time)을 증가시킴으로써 제어된 방식으로 유기 유전체 및 금속층 둘 다를 에칭하도록 XeF2를 사용한다.US6900137 uses XeF 2 to etch both organic dielectric and metal layers in a controlled manner by increasing the dwell time of the FIB.
특허 제US7008803호는 에칭된 층의 끝까지 단일의 점 에칭의 드웰 타임을 결정하도록 가변 위치 종점 검출기와 GAE를 사용한다.Patent US7008803 uses a variable position endpoint detector and GAE to determine the dwell time of a single point etch to the end of the etched layer.
특허 출원 제2013/0118896호에서, FIB는 과정 동안 FIB 작동 조건의 조정 및 회전하는 샘플 단계를 사용하여 이종 물질의 동질 제거를 위해 사용된다. 이 방법은 밀링(milling) 동안 제어되어야 하는 매개변수의 수 및 샘플 표면에 존재하는 각각의 물질의 에칭률의 정밀한 제어를 필요로 한다. 방법은 각각의 제거된 층으로부터 획득된 표면 데이터를 사용하여 각각의 샘플에 대한 계층적 회로 얼개도를 생성하는 것을 요구한다.In patent application 2013/0118896, FIB is used for homogenization of heterogeneous materials using rotating sample stages and adjustment of FIB operating conditions during the process. This method requires precise control of the number of parameters that must be controlled during milling and the etch rate of each material present on the sample surface. The method requires generating a hierarchical circuit schematic for each sample using surface data obtained from each removed layer.
아세테이트/나이트로아세테이트 및 단쇄 탄화수소를 함유하는 군으로부터 선택되는 금속성 화합물과 비교할 때 유전체의 에칭률을 감소시킴으로써 이종 물질의 동일한 에칭률을 유발하는 GAE를 위한 에칭제의 군이 특허 제US9064811호에 보고된다. 특허는 특히 GAE를 위한 작용제로서 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 에틸 나이트로아세테이트, 프로필 아세테이트, 프로필 나이트로아세테이트, 나이트로 에틸 아세테이트, 메틸 메톡시아세테이트 또는 메톡시 아세틸클로라이드를 포함한다.A group of etchants for GAE that results in the same etch rate of dissimilar materials by reducing the etch rate of dielectrics when compared to metallic compounds selected from the group containing acetate/nitroacetate and short chain hydrocarbons is reported in US9064811 do. The patent specifically includes methyl acetate, ethyl acetate, ethyl nitroacetate, propyl acetate, propyl nitroacetate, nitro ethyl acetate, methyl methoxyacetate or methoxy acetylchloride as agents for GAE.
반도체 산업은 날이 갈수록 더 새로운 과제와 함께 매우 빠른 속도로 성장하고 있다. 일정하게 갈수록 더 복잡한 구조에서 채용되는 물질은 더 작은 영역 내 트랜지스터의 수를 증가시키고 그래서 회로의 기하급수적으로 압축된 밀도가 되게 트랜지스터의 크기의 감소를 위한 추가의 소형화를 필요로 한다. 위에서 언급된 참조에서, 이온 빔 디바이스를 사용하여 평면의 표면을 생성하기 위한 상이한 방법이 논의되지만, 회로를 위해 사용되는 구조뿐만 아니라 심지어 더 반도체 디바이스의 다음 세대를 이루는 물질의 증가된 수에 관한 평면 에칭을 위해 사용될 수 있는 매우 다양한 에칭제가 있다. 많은 에칭제가 금속-유전체 조합물의 미리 결정된 세트를 에칭하기 위해 적합할 수 있고 그리고 다른 조합물 상에서 FIB를 단독으로 사용하는 것보다 더 효과적일 수 있으면서, 기체 부산물로부터의 재증착과 같은 원하지 않은 부작용이 최소로 유지되게 한다.The semiconductor industry is growing at a very fast pace with new challenges every day. The materials employed in constantly increasingly complex structures increase the number of transistors in a smaller area and thus require further miniaturization to reduce the size of the transistors resulting in an exponentially compressed density of the circuit. In the reference mentioned above, different methods for creating a planar surface using an ion beam device are discussed, but with respect to the structure used for the circuit as well as the increased number of materials that make up the next generation of even more semiconductor devices. There are a wide variety of etchants that can be used for etching. While many etchants may be suitable for etching a predetermined set of metal-dielectric combinations and may be more effective than using FIB alone on other combinations, undesirable side effects such as redeposition from gaseous by-products to be kept to a minimum.
에칭제 중 일부는 기존의 GAE 방법을 사용하여 에칭될 수도 있다. 대략적으로 동일한 에칭률로 이종 물질을 에칭하는 방법을 위한 최상의 성능을 가진 에칭제를 선택하도록 선택 시 다양한 에칭제를 갖는 것이 더 효과적이다.Some of the etchants may be etched using conventional GAE methods. It is more effective to have a variety of etchants in the selection to select the etchant with the best performance for the method of etching dissimilar materials with approximately the same etch rate.
아래에 설명되는 방법은 캡 제거(de-capping) 후 바로 노출되는 두꺼운 구리층에서부터 트랜지스터 접촉층(TCL) 바로 위에 있는 매우 얇은 조밀한 구리층까지 반도체 물질 제거를 위해 선택된 에칭제를 사용한다. 에칭 동안, 이종 물질이 동일한 에칭률을 가져야 하는 것이 종종 요구된다. 선택된 에칭제는 금속의 에칭률을 조정하도록 충분한 산화 원소 그리고 유전체의 에칭률을 조정하도록 충분한 환원 원소를 이종 물질 둘 다가 대략적으로 동일한 에칭률로 에칭되는 높이를 위해 포함해야 한다.The method described below uses an etchant selected for semiconductor material removal from a thick layer of copper exposed immediately after de-capping to a very thin, dense layer of copper directly above the transistor contact layer (TC L ). During etching, it is often desired that the dissimilar materials have the same etch rate. The selected etchant should contain sufficient oxidizing element to adjust the etch rate of the metal and sufficient reducing element to adjust the etch rate of the dielectric to a height at which both dissimilar materials are etched with approximately the same etch rate.
고 에너지 이온 빔(IB), 예컨대, 집속된 이온 빔 또는 적어도 5keV의 빔 에너지를 가진 넓은 빔의 존재는 에칭제 및 반도체 디바이스와 함께, 작업 챔버 내, 특히, 활성 이온 빔 영역 내 화합물의 원소 간 결합을 깸으로써 반응성 원소를 생성한다. 활성 이온 빔 영역은 이온 빔의 궤적을 따르고 그리고 이온 빔이 반도체 디바이스의 표면에 도달하는 공간 내 영역이다. 샘플 표면 또는 에칭제와의 이온 빔의 상호작용에 의해 생성되는 대량의 전자와 연관되는 이 반응성 원소는 구성 원소와 반응할 수도 있고 그리고 다른 분자를 형성할 수도 있다. 에칭을 지지하는 휘발성 화합물을 생성하기 위해서, GIS는 목표가 된 휘발성 화합물을 생성하는데 필요한 원소를 함유하는 에칭제 또는 에칭제의 조합물을 전달해야 한다. 금속 및 유전체를 함유하는 이종 물질의 동시 밀링의 더 나은 제어를 위해서, GIS에 의해 도입되는 원소와 표면 조성물의 적합한 조합물이 목적하는 표면 반응을 허용하도록 발견되어야 한다. 휘발성 분자를 생성하도록 필요한 원소는 탄소(C), 산소(O), 할로겐화 원소, 예컨대, 불소(F) 및 염소(Cl) 및 질소(N)를 포함할 수도 있다. 반도체 디바이스의 금속성 구성 원소의 동시 에칭은 명시된 디레이어드-표면(delayered-surface) 거칠기를 획득하도록 또한 제어되어야 하는 유전체의 에칭과 함께 고려되어야 한다. 이 유전체는 가장 흔한 유전체가 SiOx 유형과 SixNy 유형이기 때문에 더 많은 원소로 이루어진 가변 조성물을 가질 수도 있다. 이제껏; 탄소는 GaAs 물질 또는 GaN 물질에 기초한 잠재적인 기질과 같은 유명한 저-k 유전체로서 추가된다. 반도체 디바이스에서 사용되는 금속은 구리, 코발트, 알루미늄, 텅스텐, 및 탄탈륨일 수도 있다. 샘플로부터 스퍼터링되고 그리고 유전체와의 이온 빔 상호작용에 의해 배출될 때, 유전체 밀링으로부터 반응성 분자의 양이 증가된다. 금속 에칭(위에서 설명된 바와 같음)과 유사하게, GIS에 의해 도입되는 상보형 분자의 존재 없이, 이들의 밀링 속도를 제어하는 것은 어렵다. 따라서, 선택된 샘플의 모든 구성 원소 간의 대략적인 1:1 비를 가진 제어된 에칭률에 도달하기 위해서, 화학 반응의 추가를 사용하거나 또는 사용하는 일없이 모든 물질의 에칭률이 고려되어야 한다. GAE를 위해 사용되는 에칭제는 질소, 산소 및 할로겐 (F, Cl)을 사용하는 하나 또는 수개의 상이한 화학적 기능을 가진 산화 원소 그리고 바람직하게는 탄소 형태의 환원 원소를 포함할 수도 있다. 질소는 휘발성 금속-질소 분자, 예컨대, 질화구리를 생성하도록 요구된다. 할로겐은 금속-할로겐화물 또는 규소 할로겐화물을 생성하도록 요구된다. 산소는 저-k 유전체에 C-함유된 휘발성 COx 분자를 생성하도록 사용될 수도 있다. 이 휘발성 분자 형성은 챔버의 펌핑을 도울 것이고, 따라서 이온 빔을 사용하는 GAE 동안 생성되는 부산물의 재증착을 감소시킨다.The presence of a high-energy ion beam (IB), eg a focused ion beam or a broad beam with a beam energy of at least 5 keV, together with the etchant and the semiconductor device, between the elements of the compound in the working chamber, in particular in the active ion beam region. By breaking bonds, a reactive element is created. The active ion beam region is the region in space that follows the trajectory of the ion beam and reaches the surface of the semiconductor device. This reactive element, associated with a large number of electrons produced by the interaction of the ion beam with the sample surface or etchant, may react with the constituent elements and form other molecules. In order to produce a volatile compound that supports etching, the GIS must deliver an etchant or combination of etchants containing the necessary elements to produce the targeted volatile compound. For better control of simultaneous milling of dissimilar materials containing metals and dielectrics, suitable combinations of surface composition and elements introduced by GIS must be found to allow the desired surface reaction. Elements necessary to produce volatile molecules may include carbon (C), oxygen (O), halogenated elements such as fluorine (F) and chlorine (Cl) and nitrogen (N). Simultaneous etching of the metallic constituent elements of the semiconductor device must be considered along with the etching of the dielectric, which must also be controlled to obtain the specified delayed-surface roughness. This dielectric may have a variable composition of more elements as the most common dielectrics are the SiOx type and the SixNy type. ever; Carbon is added as a popular low-k dielectric such as GaAs materials or potential substrates based on GaN materials. Metals used in semiconductor devices may be copper, cobalt, aluminum, tungsten, and tantalum. The amount of reactive molecules from dielectric milling increases as they are sputtered from the sample and ejected by ion beam interaction with the dielectric. Similar to metal etching (as described above), without the presence of complementary molecules introduced by GIS, it is difficult to control their milling rate. Thus, in order to arrive at a controlled etch rate with an approximate 1:1 ratio between all constituents of a selected sample, the etch rate of all materials with or without the addition of chemical reactions must be considered. The etchants used for GAE may contain oxidizing elements with one or several different chemical functions using nitrogen, oxygen and halogens (F, Cl) and reducing elements, preferably in the form of carbon. Nitrogen is required to produce volatile metal-nitrogen molecules, such as copper nitride. Halogen is required to produce a metal-halide or a silicon halide. Oxygen may also be used to create C-containing volatile COx molecules in low-k dielectrics. This volatile molecular formation will aid in the pumping of the chamber, thus reducing the redeposition of by-products generated during GAE using the ion beam.
모든 이 주입된 원소의 비가 제어되어야 하고, 샘플 조성물이 고려되어, 최종층의 표면 균일성 및 거칠기의 레벨에 도달한다. 에칭제가 선택되는 본 발명에 따른 화합물은 산화/환원 비(o/r)를 위한 필요조건에 따라 다른 원소와 결합한 -COO-, -CON-, 또는 -CNN- 중심 구조를 포함한다. 본 발명에 따른 에칭은 이온 빔에 의해 만들어진 실질적으로 평면의 표면이 반도체 디바이스 내 금속층 또는 유전체층과 평행한 평면 에칭 또는 실질적으로 평면의 표면이 10 내지 170°의 범위에서 금속층 또는 유전체층에 대해 오프셋되는 단면 에칭일 수도 있다.The ratio of all these implanted elements must be controlled and the sample composition taken into account to reach the level of surface uniformity and roughness of the final layer. The compounds according to the invention, from which the etchant is selected, comprise a -COO-, -CON-, or -CNN- central structure in combination with other elements depending on the requirements for the oxidation/reduction ratio (o/r). Etching according to the present invention is a planar etching in which a substantially planar surface made by an ion beam is parallel to a metal or dielectric layer in a semiconductor device or a cross section in which the substantially planar surface is offset with respect to the metal or dielectric layer in the range of 10 to 170° It may be etching.
이종 물질, 예컨대, 금속 및 유전체의 에칭을 위한 이 방식에 기초하여, 에칭제에 존재하는 산화(o) 원소 및 환원(r) 원소의 양이 균형이 맞아야 한다. 이종 물질의 에칭을 위한 최상의 비는 [o = r + 1]로서 결정되고, 바람직하게는 유전체 및 금속, 예컨대, 이산화규소 및 구리의 가장 흔한 조합을 위한 3 산화 원소 및 2 환원 원소이다. 에칭제 내 환원 원소의 양이 증가됨에 따라, 반응성 단편(fragment)의 양을 예측하고 그리고 작업 챔버에서 기체 특성을 보장하는 것이 더 어렵다. 적절한 기능을 보장하는 에칭제 내 환원 원소의 수는 최대 3개이지만 또한 더 높은 수의 환원 원소를 가진 에칭제가 요구되는 특성을 가질 수도 있다. 에칭제 내 환원 원소는 C이어야 하고 그리고 산화 원소는 F, Cl, O 및 N의 군으로부터 선택되어야 한다. 바람직한 실시형태에서, 에칭제는 암모늄 에탄오에이트, 클로로아세트아마이드, 플루오로아세트아마이드, 메틸 카바메이트, N-나이트로소다이에틸아마인의 군으로부터 하나의 화합물을 포함할 수도 있다.Based on this approach for the etching of dissimilar materials such as metals and dielectrics, the amount of element oxidizing (o) and element reduction (r) present in the etchant must be balanced. The best ratio for etching of dissimilar materials is determined as [o = r + 1], preferably trioxide and direductant for the most common combinations of dielectrics and metals such as silicon dioxide and copper. As the amount of reducing element in the etchant increases, it becomes more difficult to predict the amount of reactive fragments and ensure gas properties in the working chamber. The number of reducing elements in the etchant is at most three to ensure proper functioning, but also an etchant with a higher number of reducing elements may have the properties required. The reducing element in the etchant should be C and the oxidizing element should be selected from the group of F, Cl, O and N. In a preferred embodiment, the etchant may comprise a compound from the group of ammonium ethanoate, chloroacetamide, fluoroacetamide, methyl carbamate, N-nitrosodiethylamine.
본 발명에 따른 추가의 실시형태에서, 반도체 디바이스의 에칭은 반도체 디바이스로부터 작업 챔버 내로 다수의 이차 산화 원소 및 환원 원소를 방출할 수도 있다. 이 이차 산화 원소 및 환원 원소는 에칭 과정에 상당히 기여할 수도 있고 그리고 이와 같이 에칭 동안 GIS를 통해 도입되어야 하는 산화 원소 및 환원 원소의 총량에 영향을 줄 것이다. 이차 원소의 수가 에칭 과정에 영향을 주는 원소 불균형을 유발하기 위해 충분히 높고/높거나 이종 물질의 불균일한 에칭을 향하는 경향이 있다면, 에칭제 또는 에칭제의 혼합물의 조성은 조정되어야 한다. 이종 물질 에칭 성능의 우수한 조정이 에칭제 내 원소의 수가 [o-r=-1] 내지 [o-r=3] 범위 내인 에칭제 또는 에칭제의 혼합물에 대해 관찰된다. 구리의 에칭이 유전체보다 더 빠르다면, 더 많은 환원 원소가 포함되어야 한다. 마찬가지로, 유전체의 에칭이 구리보다 더 빠르다면, 더 많은 산화 원소가 필요하다. 불균일한 에칭비는 아세트산, 폼산 에틸, 중탄산 암모늄, 하이드라진 아세테이트, 다이에틸 이미도다이카보네이트, 암모늄 옥살레이트 및 물로부터 하나의 화합물을 함유하는 에칭제에 의해 조정될 수도 있다. 에칭 과정은 적절한 신호 검출 디바이스 및 방법을 구비하는 SEM 또는 FIB 디바이스를 사용하여 간격을 두고 또는 온라인에서 모니터링될 수도 있다.In a further embodiment according to the present invention, etching of the semiconductor device may release a plurality of secondary oxidizing and reducing elements from the semiconductor device into the working chamber. These secondary oxidizing and reducing elements may contribute significantly to the etching process and as such will affect the total amount of oxidizing and reducing elements that must be introduced through the GIS during etching. If the number of secondary elements is high enough to cause elemental imbalances affecting the etching process and/or tends towards non-uniform etching of dissimilar materials, the composition of the etchant or mixture of etchants should be adjusted. Good tuning of dissimilar material etch performance is observed for etchants or mixtures of etchants where the number of elements in the etchant ranges from [o-r=-1] to [o-r=3]. If the etching of copper is faster than the dielectric, more reducing elements must be included. Likewise, if the etch of the dielectric is faster than copper, more oxidizing elements are needed. The non-uniform etching ratio may be adjusted by an etchant containing one compound from acetic acid, ethyl formate, ammonium bicarbonate, hydrazine acetate, diethyl imidodicarbonate, ammonium oxalate and water. The etching process may be monitored online or at intervals using an SEM or FIB device equipped with appropriate signal detection devices and methods.
바람직한 실시형태에서, 에칭제의 혼합물은 암모늄 에탄오에이트, 클로로아세트아마이드, 플루오로아세트아마이드, 메틸 카바메이트, N-나이트로소다이에틸아마인으로부터의 적어도 제1 에칭제, 및 아세트산, 폼산 에틸, 중탄산 암모늄, 하이드라진 아세테이트, 다이에틸 이미도다이카보네이트 및 물로부터의 적어도 하나의 제2 에칭제를 포함한다.In a preferred embodiment, the mixture of etchants comprises at least a first etchant from ammonium ethanoate, chloroacetamide, fluoroacetamide, methyl carbamate, N-nitrosodiethylamine, and acetic acid, ethyl formate, bicarbonate at least one second etchant from ammonium, hydrazine acetate, diethyl imidodicarbonate and water.
본 발명에 따른 추가의 실시형태에서, 에칭제는 R-CO-R 중심 구조를 포함한다. 화학식 내 R은 중심 구조와 함께 산화 원소와 환원 원소의 비의 조건을 준수하는 임의의 원소를 포함할 수도 있다. R-CO-R 구조는 강한 C-O 이중 공유 결합 및 C-O 이중 공유 결합보다 더 낮은 결합 에너지를 가진 다른 원소 간 결합, 예를 들어, C-H, C-C, C-NH2를 포함한다. 분자는 고 에너지 충돌 유도 해리(collision induced dissociation: CID)에 의해 기체상에서 분열될 수도 있다. 전형적인 CID에서, 분자 이온은 보통 전위에 의해 높은 운동 에너지로 가속되고 그리고 이어서 중성 분자(종종 헬륨, 질소 또는 아르곤)와 충돌하게 된다. 본 발명에 따른 실시형태에서, 중성 에칭제 분자는 높은 운동 에너지 이온 빔의 이온과 충돌한다. 충돌로부터의 에너지는 더 작은 단편으로의 에칭제의 결합 파괴 및 분열을 발생시키는 내부 에너지로 변환될 수도 있다. 단편의 양은 일반적으로 이온의 가속 에너지 및 이온의 질량에 따라 증가된다. 이온 빔의 에너지가 저 에너지 영역(< 5keV)으로 감소될 때, 반응성 원소의 양이 감소되고 그리고 C-O 분자와 같은 휘발성 분자가 작업 챔버에서 발생할 수도 있다. 이 분자는 온전하게 유지될 수도 있고 그리고 원소 간 반응에 실질적으로 기여하지 않는다. 반응성 원소의 총량이 감소될 때, 에칭 속도가 느려진다. 반도체 디바이스의 표면의 더 낮은 관통과 함께 에칭 속도의 감속은 에칭제 조성, 농도 또는 주입 압력을 변경할 필요 없이 샘플 표면의 미세 에칭을 발생시킬 수도 있다. 현대의 이온 빔 디바이스는 빔 에너지를 신속하게 변경할 수 있고, 따라서 보통의 이종 물질 에칭과 매우 미세한 이종 물질 에칭 사이에서 매우 빨리 변경하는 것이 가능하다. 이것은 반도체 디바이스의 두꺼운 상부 금속층과 매우 조밀한 하부의 반도체 디바이스 금속층의 결합 제거를 위해 또는 에칭 과정이 매우 빠르다면 종점 검출의 더 나은 제어를 위해 이롭다.In a further embodiment according to the invention, the etchant comprises an R-CO-R central structure. R in the formula may include any element that complies with the condition of the ratio of the oxidizing element and the reducing element together with the central structure. The R-CO-R structure contains strong CO double covalent bonds and other interelement bonds with lower binding energies than CO double covalent bonds, eg CH, CC, C-NH 2 . Molecules may also split in the gas phase by high energy collision induced dissociation (CID). In a typical CID, molecular ions are usually accelerated to high kinetic energy by a potential and then collided with a neutral molecule (often helium, nitrogen or argon). In an embodiment according to the present invention, the neutral etchant molecules collide with the ions of the high kinetic energy ion beam. Energy from the collision may be converted into internal energy that causes bond breakage and cleavage of the etchant into smaller fragments. The amount of fragments generally increases with the acceleration energy of the ion and the mass of the ion. When the energy of the ion beam is reduced to a lower energy region (< 5 keV), the amount of reactive elements is reduced and volatile molecules such as CO molecules may be generated in the working chamber. These molecules may remain intact and do not substantially contribute to inter-element reactions. When the total amount of reactive elements is decreased, the etching rate is slowed down. The slowing of the etch rate along with lower penetration of the surface of the semiconductor device may result in micro-etching of the sample surface without the need to change the etchant composition, concentration, or injection pressure. Modern ion beam devices can change the beam energy quickly, so it is possible to change very quickly between normal and very fine heterogeneous material etching. This is advantageous for debonding of a thick top metal layer of a semiconductor device with a very dense underlying semiconductor device metal layer or for better control of endpoint detection if the etch process is very fast.
본 발명 및 본 발명의 이점의 더 완전한 이해를 위해서, 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 설명을 이제 참조한다:
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태를 수행하기 위한 디바이스의 개략도.
도 2는 전형적인 반도체 디바이스의 부분을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 3은 평면 에칭 후 반도체 디바이스의 부분을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 4는 단면 에칭 후 반도체 디바이스의 부분을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 5는 불활성 이온 빔을 사용하는, 반도체 디바이스의 부분의 상세사항을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 6은 활성 고 에너지 이온 빔을 사용하는, 반도체 디바이스의 부분의 상세사항을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 7은 스캐닝하면서 활성 고 에너지 이온 빔을 사용하는, 반도체 디바이스의 부분의 상세사항을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 8은 에칭제를 사용하는 실패한 에칭 후 반도체 디바이스의 부분의 상세사항을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 9는 에칭제와 또 다른 에칭제의 조합을 사용하는 성공적인 에칭 후 반도체 디바이스의 부분을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 10은 활성 저 에너지 이온 빔을 사용하는, 반도체 디바이스의 부분을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 11은 스캐닝하면서 활성 저 에너지 이온 빔을 사용하는, 반도체 디바이스의 부분을 개략적으로 도시하는 단면도.For a more complete understanding of the present invention and its advantages, reference is now made to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings:
1 is a schematic diagram of a device for carrying out a preferred embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a cross-sectional view schematically showing a portion of a typical semiconductor device;
Fig. 3 is a cross-sectional view schematically showing a portion of a semiconductor device after plane etching;
Fig. 4 is a cross-sectional view schematically showing a portion of a semiconductor device after single-sided etching;
Fig. 5 is a cross-sectional view schematically showing details of a part of a semiconductor device, using an inert ion beam;
6 is a cross-sectional view schematically showing details of a portion of a semiconductor device, using an active high energy ion beam;
7 is a cross-sectional view schematically showing details of a portion of a semiconductor device, using an active high energy ion beam while scanning;
Fig. 8 is a cross-sectional view schematically showing details of a portion of a semiconductor device after an unsuccessful etching using an etchant;
9 is a cross-sectional view schematically illustrating a portion of a semiconductor device after successful etching using a combination of an etchant and another etchant;
Fig. 10 is a schematic cross-sectional view of a portion of a semiconductor device using an active low energy ion beam;
11 is a cross-sectional view schematically illustrating a portion of a semiconductor device using an active low energy ion beam while scanning.
본 발명의 실시형태는 나노프로빙, 회로 편집 및 고장 분석을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 다양한 적용을 수행하도록, 해당하는 단일의 층을 노출시키는 것을 목적으로 하거나 또는 수개의 층을 횡단하여, 금속 및 유전체와 같은 이종 물질의 다수의 층을 제거함으로써 평면 및 단면 에칭을 수행하기 위한 방법이다.Embodiments of the present invention aim to expose a single layer of interest or cross several layers to perform a variety of applications including, but not limited to, nanoprobing, circuit editing, and failure analysis, including metal and A method for performing planar and single-sided etching by removing multiple layers of a dissimilar material, such as a dielectric.
본 발명의 바람직한 실시형태는 반도체 디바이스의 생산 시 사용되는 이종 물질을 에칭하기 위해 사용되는 방법에 관한 것이다. 기법 및 장치의 활용은 구리, 저-k 유전체, GaAs, 및 GaN 및 다른 것과 같은 이종 물질의 균일한 그리고 평활한 에칭을 위해 중복될 수 있다. 방법은 융통성이 있고 그리고 단독으로서 구성될 수 있거나 또는 프로빙 분석을 위한 에칭 또는 신속한 기법의 향상된 생산성을 위해 다른 방법과 결합되어 사용될 수 있다.A preferred embodiment of the present invention relates to a method used for etching dissimilar materials used in the production of semiconductor devices. Utilization of techniques and apparatus can be duplicated for uniform and smooth etching of copper, low-k dielectrics, GaAs, and dissimilar materials such as GaN and others. The method is flexible and can be configured alone or used in combination with other methods for improved productivity of etching or rapid techniques for probing analysis.
도 1은 반도체 디바이스(2) 에칭을 위한 디바이스(100)의 개략도이다. 디바이스는 반도체 디바이스(2)가 홀더(3) 상에 배치되는 진공 챔버(1)를 포함한다. 디바이스는 이온 빔을 생성하고 그리고 이온 빔을 광축(5)을 따라 반도체 디바이스(2)를 향하여 전파하기 위한 수단(4)을 더 포함한다. 이온 빔은 광(Li)으로부터 상대적으로 무거운 Xe 이온까지 다양한 이온을 채용할 수도 있다. 디바이스(100)는 전자를 생성하고 그리고 전자를 SEM 광축(7)을 따라 전파하기 위한 SEM(6)을 더 포함할 수도 있다. SEM 광축(7)은 이온 빔 광축(5)처럼 물체 상의 동일한 영역을 대략적으로 겨냥한다. SEM(6) 전자와의 상호작용 후 물체가 생성하는 전자 또는 샘플로부터 산란된 전자는 반도체 디바이스(2) 표면 상의 에칭 진행의 모니터링을 위해 사용된다. 디바이스(100)는 에칭제(9)의 기체 분자를 반도체 디바이스(2)를 향하여 전파하기 위한 기체 주입 시스템(8)을 더 포함한다.1 is a schematic diagram of a
도 2는 반도체 디바이스(2)의 단면도를 도시한다. 반도체 디바이스(2)는 다수의 층으로 이루어진다. 캡핑층(10)이 반도체 디바이스(2)의 상단부에 있다. 반도체 디바이스(2)는 M0 내지 M8로 표기된 금속층(11)을 더 포함한다. 각각의 금속층(11)은 금속 전도체(13)(금속층(11)을 통해 이어짐) 및 저-k 유전체(14)를 포함한다. V7 내지 VCL로 표기된 비아층(12)은 하나의 금속층(11)으로부터의 금속 전도체(13)를 상호연결 전도체(15)를 통해 다음의 금속층(11) 내 금속 전도체(13)에 연결시키고 그리고 금속층(11) 사이에 배치된다. 상호연결 전도체(15)는 유전체(14)에 의해 비아층(12) 내에서 분리된다.2 shows a cross-sectional view of the
도 3은 본 발명에 따른, 기체 보조된 에칭을 사용하는 성공적인 평면 에칭의 결과를 도시한다. M8 내지 M1의 금속층(11) 및 V7 내지 V0의 비아층(12)의 일부가 규정된 영역 내에서 제거되고 그리고 평활한 표면(16)이 금속층(11)(M0) 상에 생성된다. 박스의 평활한 평면의 표면(16) 및 벽(17)에 의해 규정된 평면의 에칭된 박스 부근의 금속층(11)은 온전하다. 평면의 표면적은 100×100㎛의 치수를 갖는다. 매끈하고 평활한 에칭 과정에 기인하여, 금속층(11)(M0)의 금속 전도체(13)는 관찰 및 분석을 위해 접근 가능하다. 금속층(11) 및 비아층(12)의 제거는 층 단위 과정이고 그리고 임의의 금속층(11) 또는 비아층(12)은 이온 빔에 의해 반도체 디바이스(2)의 표면을 스캐닝함으로써 본 발명에 따른 관찰 및 분석을 위해 준비될 수도 있다.3 shows the results of a successful planar etch using gas assisted etch in accordance with the present invention. A part of the
도 4는 본 발명에 따른, 기체-보조된 에칭을 사용하는 성공적인 단면 에칭의 결과를 도시한다. 도 3과 비교하면, 단면 에칭은 1개 초과의 금속층(11)과 교차하는 평면인 단면 표면(18)을 관찰 또는 분석하는 것을 허용한다. 본 발명에 따라 기체-보조된 에칭을 사용하는 것은 금속 전도체(13), 유전체(14) 및 상호연결 전도체(15)와 같은 이종 물질을 동일한 에칭률로 에칭하는 것을 가능하게 하고 따라서 커튼 효과(curtaining effect)가 최소화된다.4 shows the results of a successful single-sided etch using a gas-assisted etch, in accordance with the present invention. Compared to FIG. 3 , cross-sectional etching allows viewing or analyzing a
도 5는 산화(19) 원소와 환원(20) 원소를 포함한 유전체(14) 및 금속 원소(21)를 포함한 금속 전도체(13)를 포함하는, 에칭을 겪을 반도체 디바이스(2)의 하나의 금속층(11)의 상세한 단면이다. 이온 빔의 활성 영역(22)은 에칭된 원소가 먼저 방출되고 그리고 에칭제(23) 분자가 먼저 이온 빔 활성 영역(22)과 접촉되는 영역을 나타낸다. 도 5는 고 에너지 이온이 활성 영역(22)에 존재하지 않는 것을 의미하는 불활성 이온 빔의 상황을 도시한다. 에칭제(23)는 반도체 디바이스의 표면과 가까운 영역에 산화(19) 원소 및 환원(20) 원소를 포함한다. 반도체 디바이스층은 또한 산화 원소 및 환원 원소를 포함하여 반응량을 완료한다. 바람직한 실시형태에서, 에칭 기체는 환원(20) 원소 대 산화(19) 원소의 2:3 비를 가진 메틸 카바메이트이다. 대안적인 실시형태에서, 암모늄 에탄오에이트, 클로로아세트아마이드, 플루오로아세트아마이드, N-나이트로소다이에틸아마인이 에칭제로서 사용될 수 있다. 에칭제(23)는 단독으로서 또는 이 군으로부터 임의의 다른 것과 결합하여 또는 아세트산, 폼산 에틸, 중탄산 암모늄, 하이드라진 아세테이트, 다이에틸 이미도다이카보네이트, 및 물을 포함하는 군 중 적어도 하나와 결합하여 사용될 수도 있다.5 shows one metal layer of a
도 6은 도 5와 비교하여, 이온 빔이 활성화되고 그리고 고 에너지 이온 빔을 사용하여 반도체 디바이스(2)의 금속층(11)에 존재하는 금속 전도체(13) 및 저-k 유전체(14)를 에칭하는 상황을 도시한다. 이온 빔은 적어도 5keV이지만 바람직하게는 10keV 초과인 에너지를 갖는다. 금속층(11)으로부터의 원소(19, 20, 21) 및 에칭제의 원소(19, 20)는 이온 빔의 효과하에서 해리되고 그리고 활성 영역(22)에 반응성 원소(19, 20, 21)의 클라우드를 생성한다. 에칭제(23)는 균일한 에칭을 돕도록 전체 에칭 과정 동안 반도체 디바이스(2) 표면의 부근으로 연속적으로 펌핑된다.6 shows, in comparison with FIG. 5 , an ion beam is activated and uses a high energy ion beam to etch the
도 7은 더 많은 양의 물질(유전체(14)와 금속 전도체(13) 둘 다)을 에칭하는 고 에너지 이온 빔하의 진행 중인 에칭 과정을 도시한다. 금속층(11)과 에칭제(23) 둘 다로부터의 원소(19, 20, 21)는 이온 빔의 활성 영역(22)에서 해리되는 것으로 발견될 수 있다. 이 해리된 원소(19, 20, 21)가 서로 연관되어 금속(21) 원소와 산화(19) 원소의 결합에 기인하여 형성되는 안정된 휘발성 분자(24, 25)를 형성하거나 또는 환원(20) 원소와 산화(19) 원소가 이들의 휘발성 특성에 기인하여 배기된다. 금속층(11) 표면에 흡착되거나 또는 표면과 가까운 에칭제(23)는 평면 에칭의 진행 전반에 걸쳐 존재하고 그리고 이온 빔 이동의 모든 단계에서 활성 영역(22)에 진입한다. 바람직한 실시형태에서, 반도체 디바이스(2)의 완전한 표면 위에 고르게 퍼진 에칭제(23)의 존재도는 매우 중요하다. 산화 원소와 환원 원소의 적절한 양을 가진 에칭제(23)의 존재는 동일한 에칭률의 금속 전도체(13) 및 유전체(14) 에칭 그리고 평활한 평면의 표면(16)의 생성을 촉진하도록 표면에 재증착되는 대신 배기될 수 있는 휘발성 분자(24, 25)를 형성하기 위해 필수적이다.7 shows an ongoing etching process under a high energy ion beam that etches larger amounts of material (both dielectric 14 and metal conductor 13).
도 8은 고밀도 금속층(M0)의 기체-보조된 에칭을 사용하는 실패한 평면 에칭의 결과를 도시한다. M8 내지 M1의 금속층(11) 및 V7 내지 V0의 비아층(12)의 일부가 규정된 영역 내에서 제거되고 그리고 표면(16a, 16b)이 금속층(11)(M0)에 생성된다. 유전체(14)는 높은 금속 밀도를 가진 층인 M0 내 금속(16)보다 더 낮은 에칭률을 갖고 그리고 이온 빔 에칭은 이 층에 거친 표면을 생성한다. 이종 에칭률을 조정하기 위해서, 제2 에칭제(23)가 공급되어야 하고 그리고 제1 에칭제(23)와 혼합물을 생성한다. 금속(13)이 유전체(14)와 비교하여 더 높은 에칭률을 갖는다면, 더 많은 환원(20) 원소를 포함하는 제2 에칭제가 공급되어야 한다. 바람직한 실시형태에서, 에칭 기체는 환원(20) 원소 대 산화(19) 원소의 2:3 비를 가진 메틸 카바메이트이다. 대안적인 실시형태에서, 암모늄 에탄오에이트, 클로로아세트아마이드, 플루오로아세트아마이드, N-나이트로소다이에틸아마인이 제1 에칭제로서 사용될 수 있다.8 shows the results of a failed planar etch using gas-assisted etching of the high-density metal layer M0. A part of the
제2 에칭제 내 산화제의 수는 제2 에칭제(23) 내 환원 원소(20)의 수보다 더 적은 최대로 하나의 원소이다. 금속(13)이 유전체(14)와 비교하여 더 낮은 에칭률을 갖는다면, 제2 에칭제는 공급되어야 하는 더 많은 산화(19) 원소를 포함한다.The number of oxidizing agents in the second etchant is at most one element which is less than the number of reducing
제2 에칭제 내 산화제의 수는 제2 에칭제(23) 내 환원 원소(20)의 수보다 더 많은 최대로 3개의 원소이다.The number of oxidizing agents in the second etchant is at most three elements, which is more than the number of reducing
바람직한 실시형태에서, 이 제2 에칭제는 폼산 에틸(o-r=-1), 다이에틸 이미도다이카보네이트(o-r=-1), 아세트산(o-r=0), 하이드라진 아세테이트(o-r=2), 물(o-r=1) 또는 중탄산 암모늄(o-r=3)을 포함하는 군으로부터 선택될 수도 있다. 제2 에칭제는 표면(16a 및 16b)의 높이가 도 9에 도시된 바와 같이 동일하게 도달될 때까지 공급된다.In a preferred embodiment, this second etchant is ethyl formate (o-r=-1), diethyl imidodicarbonate (o-r=-1), acetic acid (o-r=0), hydrazine acetate (o-r=2), water (o-r) =1) or ammonium bicarbonate (o-r=3). The second etchant is supplied until the height of the
도 10은 산화(19) 원소와 환원(20) 원소를 포함한 유전체(14) 및 금속 원소(21)를 포함한 금속 전도체(13)를 포함하는, 에칭을 겪을 반도체 디바이스(2)의 하나의 금속층(11)의 상세한 단면이다. 도 5와 비교하여, 이온 빔의 에너지는 낮고, 5keV 미만이며; 이는 강한 원소 간 결합을 깨는데 충분하지 않고, 이것은 더 적은 높은 반응성 단편을 생성하고 그리고 더 낮은 이온 빔 에너지가 이온 빔 이온이 금속층(11) 내로 깊게 관통하는 것을 허용하지 않는다. 이것은 금속층(11)으로부터 더 느린 물질 제거를 발생시킨다. 이 특징은 반도체 디바이스(2) 내 높은 민감성 층에서 특히 중요하다. 에칭제(23)의 일부는 구조에서 이중 공유 결합을 가진 C-O 26 원소를 포함한 환원(20) 원소 및 산화(19) 원소를 포함한다. 표면으로 도입되는 에칭제(23)는 완전한 해리를 겪지 않고 그리고 비-해리된 휘발성 단편(27)은 이온 빔의 활성 영역(22)에 존재하는 임의의 스퍼터링된 원소(19, 20, 21)와 반응하는 일없이 시스템으로부터 배기된다.10 shows one metal layer of a
도 11은 도 10과 비교하여, 저 에너지 이온 빔을 사용하여 반도체 디바이스(2)의 금속층(11)에 존재하는 금속 전도체(13) 및 저-k 유전체(14)를 에칭하면서 이온 빔이 금속층(11)의 표면 위에서 스캐닝되는 상황을 도시한다. 비-해리된 휘발성 단편(27)은 연속적으로 배기된다. 반면에, 해리된 원소(19, 20, 21)가 서로 연관되어 금속 환원(21) 원소와 산화(19) 원소의 결합에 기인하여 형성되는 안정된 휘발성 분자(24)를 형성하거나 또는 환원(20) 원소와 산화(19) 원소가 이들의 휘발성 특성에 기인하여 배기된다. 에칭제 및 5keV 미만의 이온 빔을 가진 에칭의 깊이는 수십 나노미터이고 그리고 새로 에칭된 영역은 최소량의 재증착을 갖는다. 에칭의 균일성이 여전히 유지되고 그리고 표면이 평면이고 평활하며 트랜지스터 접촉층(TCL)과 같은 매우 높은 민감도의 층의 경우에 10㎚ 미만의 지형학적 거칠기를 갖는다.11 shows that, in comparison with FIG. 10 , the ion beam etches the
Claims (14)
에칭될 반도체 디바이스의 영역을 규정하는 단계로서, 상기 영역은 상기 반도체 디바이스에 포함되는 혼합된 금속 및 유전체로 이루어진 적어도 수개의 층을 포함하는, 상기 에칭될 반도체 디바이스의 영역을 규정하는 단계;
제1 에칭제를 상기 반도체 디바이스의 규정된 영역을 향하여 유도(directing)시키는 단계로서, 상기 제1 에칭제는 -C(=O)O- 또는 -C(=O)-N- 의 중심 구조를 포함하고 그리고 불소, 염소, 산소, 질소의 군으로부터 선택된 산화 원소와 탄소인 환원 원소를 특정 비로 더 포함하고, 상기 산화 원소의 양은 상기 환원 원소의 양보다 1 원소가 더 많고 그리고 상기 환원 원소의 양은 최대로 3개인 것을 특징으로 하는, 상기 제1 에칭제를 반도체 디바이스의 규정된 영역을 향하여 유도시키는 단계; 및
이온 빔을 상기 제1 에칭제의 존재 시 상기 반도체 디바이스의 상기 규정된 영역을 향하여 유도시켜서, 혼합된 금속 및 유전체층의 적어도 일부를 제거하고 그리고 물체 상의 가공된 영역에 적어도 하나의 실질적으로 평활한 그리고 평면의 표면을 가진 오목부를 생성하는 단계를 포함하는, 혼합된 금속 및 유전체층 중 하나 이상을 에칭하는 방법.
A method of etching at least one of a mixed metal and dielectric layer from a region of a semiconductor device, the method comprising:
defining a region of the semiconductor device to be etched, the region comprising at least several layers of a mixed metal and dielectric comprised in the semiconductor device;
directing a first etchant towards a defined area of the semiconductor device, the first etchant forming a central structure of -C(=O)O- or -C(=O)-N- and further comprising an oxidizing element selected from the group of fluorine, chlorine, oxygen, nitrogen and a reducing element in a specific ratio, wherein the amount of the oxidizing element is one more element than the amount of the reducing element, and the amount of the reducing element is directing the first etchant towards a defined area of a semiconductor device, characterized in that at most three; and
Directing an ion beam towards the defined area of the semiconductor device in the presence of the first etchant to remove at least a portion of the mixed metal and dielectric layer and to remove at least one substantially smooth and at least one processed area on the object. A method of etching at least one of a mixed metal and dielectric layer comprising creating a recess having a planar surface.
3. The etchant of claim 1 or 2, wherein the first etchant is selected from the group consisting of ammonium ethanoate, chloroacetamide, fluoroacetamide and methyl carbamate. How to.
2. The method of claim 1, further comprising directing a second etchant towards the defined region on the semiconductor device to create a mixture with the first etchant, the second etchant being A method for etching one or more of a mixed metal and dielectric layer comprising an oxidizing element selected from the group of fluorine, chlorine, oxygen, nitrogen and a reducing element being carbon, and wherein the amount of the oxidizing element in the second etchant is at least one. .
5. The method of claim 4, wherein the amount of the oxidizing element in the second etchant minus the amount of the reducing element in the second etchant is equal to a number in the range of -1 to 3 to etch at least one of the mixed metal and dielectric layer. Way.
8. The method of claim 7, wherein the micro etch is used to etch at least a portion of the metal layer from M1 to the transistor contact layer.
The method of claim 1 , wherein the dielectric in the semiconductor device is a low-k dielectric.
The method of claim 1 , wherein the dielectric in the semiconductor device comprises at least one of SixNy, SixOy.
The method of claim 1 , wherein the substantially planar surface is parallel to a metal or dielectric layer of the semiconductor device.
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